Прототип сохранил 80% первоначальной ёмкости после 500 циклов зарядки и разрядки при температуре 30 °C
Учёные из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (это одна из шестнадцати национальных лабораторий Министерства энергетики США) разработали новый тип электролита для натрий-ионных аккумуляторов, который помогает сделать такие батареи заметно стабильнее и долговечнее при работе на высоком напряжении.
Натрий-ионные аккумуляторы считаются одной из главных альтернатив литий-ионным батареям. Натрий значительно дешевле и гораздо более распространён в природе, а по своим химическим свойствам он близок к литию. Это делает технологию особенно интересной для крупных систем хранения энергии и более доступных электромобилей.
Однако у натрий-ионных батарей есть серьёзная проблема: при высоком напряжении электролит начинает быстрее разрушаться, что приводит к деградации аккумулятора, снижению ёмкости и сокращению срока службы.
Новая разработка PNNL направлена именно на решение этой проблемы. Исследователи создали электролит с так называемой «ослабленной сольватацией» — особым состоянием, при котором ионы натрия взаимодействуют с окружающей химической средой более устойчиво и эффективнее работают на границе с электродами.
Вместо традиционных неполярных разбавителей учёные использовали соединение Трис(2,2,2-трифторэтил)фосфат (TFP). Такой подход позволил сохранить вокруг ионов натрия богатую анионами химическую среду, что улучшило стабильность интерфейса между электролитом и электродами.
В испытаниях аккумуляторные ячейки с новым электролитом сохранили около 80% первоначальной ёмкости после 500 циклов зарядки и разрядки при температуре 30 °C. Для сравнения: многие стандартные натрий-ионные системы достигают аналогичного уровня деградации уже через 100–300 циклов. Дополнительный анализ показал снижение утечек тока и улучшенную совместимость с катодами.
По словам авторов исследования, новая химия помогает ионам натрия быстрее покидать поверхность электродов и снижает сопротивление переносу заряда внутри батареи. Это уменьшает необратимые потери активных материалов и продлевает срок службы аккумулятора.
Учёные считают, что подобные решения могут ускорить развитие более дешёвых и долговечных натрий-ионных батарей для энергосетей, накопителей энергии и электротранспорта.